４ポート光スイッチ
【課題】光スイッチエレメント２個のみで、4つのポートを任意に光路切り替えする。
【解決手段】第１及び第２の2×2光スイッチを組み合わせて、第１の2×2光スイッチの第１のポートＡ１と、第２の2×2光スイッチの第１のポートＢ１を接続し、かつ、第１の2×2光スイッチの第３のポートＡ３と、第２の2×2光スイッチの第２のポートＢ２を接続する。第１の2×2光スイッチの第２及び第４のポートＡ２及びＡ４をそれぞれ第１及び第４の入出力ポートＰ１及びＰ４とし、第２の2×2光スイッチの第３及び第４のポートＢ３及びＢ４をそれぞれ第２及び第３の入出力ポートＰ２及びＰ３として、これら４つの入出力ポートＰ１〜Ｐ４を選択して光路接続する。
【解決手段】第１及び第２の2×2光スイッチを組み合わせて、第１の2×2光スイッチの第１のポートＡ１と、第２の2×2光スイッチの第１のポートＢ１を接続し、かつ、第１の2×2光スイッチの第３のポートＡ３と、第２の2×2光スイッチの第２のポートＢ２を接続する。第１の2×2光スイッチの第２及び第４のポートＡ２及びＡ４をそれぞれ第１及び第４の入出力ポートＰ１及びＰ４とし、第２の2×2光スイッチの第３及び第４のポートＢ３及びＢ４をそれぞれ第２及び第３の入出力ポートＰ２及びＰ３として、これら４つの入出力ポートＰ１〜Ｐ４を選択して光路接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチエレメント２個のみで、4つのポートを任意に光路切り替えする4ポート光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
平面光回路を用いた光スイッチは、2入力・2出力となっている。図４は、従来型の2×2光スイッチの構成を示している。(a)は、光合分波器に位相変調器を設け、接続ポートを切り替えるタイプであり、(b)は、マッハツェンダー光干渉計に位相変調器を設け、干渉効果により接続ポートを切り替えるタイプであり、(c)は交差した光導波路に反射ミラーを設け、反射率を変化させることで接続ポートを切り替えるタイプである。各図において、黒の太線は光導波路を表している。これらすべての光スイッチでは、ポート1⇔4、ポート2⇔3という接続か、ポート1⇔3、ポート2⇔4という接続の二状態の切り替えのみであり、ポート1⇔2、ポート3⇔4という接続は不可能である。
【０００３】
これら三状態の切り替えを可能とする4ポート光スイッチがあれば、多段化したマトリックススイッチでの切り替え経路数が倍増し、将来のメッシュ状光ネットワーク構築の際の光スイッチとしても適している。この4ポート光スイッチ実現方法として、図５に示すように、4個ないし5個の光スイッチエレメントを組み合わせる構成が特許文献１「導波路型光スイッチ」、特許文献２「4ポート光スイッチ」に開示されている。
【０００４】
図５(a)に示す特許文献１に記載の導波路型光スイッチは、光スイッチエレメントを5つ組み合わせて、任意の4ポート間（A1,B3,D2,E4）で、下記状態１〜状態３の接続を可能にする。
状態1:ポートA1⇔A3⇔B1⇔B3と、ポートD2⇔D4⇔E2⇔E4の接続、
状態2:ポートA1⇔A4⇔C2⇔C4⇔D3⇔D2と、ポートB3⇔B2⇔C1⇔C3⇔E1⇔E4の接続、
状態3:ポートA1⇔A4⇔C2⇔C3⇔E1⇔E4と、ポートB3⇔B2⇔C1⇔C4⇔D3⇔D2の接続。
【０００５】
図５(ｂ)に示す特許文献２に記載の4ポート光スイッチは、光スイッチエレメントを4つ組み合わせて任意の4ポート間（A2,B2,B4,C4）で、下記状態１〜状態３の接続を可能にする。
状態1:ポートA2⇔A3⇔D2⇔D4⇔C1⇔C4と、ポートB2⇔B4の接続、
状態2:ポートA2⇔A4⇔B1⇔B4と、ポートB2⇔B3⇔C2⇔C4の接続、
状態3:ポートA2⇔A3⇔D2⇔D3⇔C3⇔C2⇔B3⇔B2と、ポートC4⇔C1⇔D4⇔D1⇔A1⇔A4⇔B1⇔B4の接続。
【０００６】
これまで提案されている4ポート光スイッチの構成は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、4個ないし5個の光スイッチエレメントが必要となり、各エレメント内での光損失や、意図しないポートへの信号漏話の増加などが問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平9-218430号公報
【特許文献２】特許第2766531号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、これまで提案されている4ポート光スイッチの問題点を解決して、光スイッチエレメント２個のみで、4つのポートを任意に光路切り替えする4ポート光スイッチを実現することを目的としている。これによって、各エレメント内での光損失や、意図しないポートへの信号漏話の低減を図ることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の4ポート光スイッチは、第１〜第４のポートＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を有する第１の2×2光スイッチと、第１〜第４のポートＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を有する第２の2×2光スイッチを組み合わせる。第１の2×2光スイッチの第１のポートＡ１と、第２の2×2光スイッチの第１のポートＢ１を接続し、かつ、第１の2×2光スイッチの第３のポートＡ３と、第２の2×2光スイッチの第２のポートＢ２を接続する。第１の2×2光スイッチの第２及び第４のポートＡ２及びＡ４をそれぞれ第１及び第４の入出力ポートＰ１及びＰ４とし、第２の2×2光スイッチの第３及び第４のポートＢ３及びＢ４をそれぞれ第２及び第３の入出力ポートＰ２及びＰ３として、これら４つの入出力ポートＰ１〜Ｐ４を選択して光路接続する。
【００１０】
第１及び第２の2×2光スイッチは、それぞれ、第１及び第４のポート間の接続1⇔4、及び第２及び第３のポート間の接続2⇔3と、第１及び第３のポート間の接続1⇔3、及び第２及び第４のポート間の接続2⇔4の二状態のみを可能とする。入出力ポートP1,P2,P3,P4間の前記光路接続は、ポートP1⇔A2⇔A3⇔B2⇔B3⇔P2とポートP3⇔B4⇔B1⇔A1⇔A4⇔P4の第１の接続状態、ポートP1⇔A2⇔A3⇔B2⇔B4⇔P3とポートP2⇔B3⇔B1⇔A1⇔A4⇔P4の第２の接続状態、ポートP1⇔A2⇔A4⇔P4とP2⇔B3⇔B1⇔A1⇔A3⇔B2⇔B4⇔P3の第３の接続状態の三状態を有する。
【発明の効果】
【００１１】
これまでの提案では4個ないし5個の光スイッチエレメントを必要としていたのに対して、本発明によれば、2つの光スイッチエレメントで構成できるので、エレメント数の大幅な削減となる。これにより、デバイス全体としての小型化、低消費電力化、低損失化、低漏話特性化といった利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に基づき構成した4ポート光スイッチを例示する図である。
【図２】シリコン光導波路を用いて本発明の光スイッチを試作したサンプルの光学顕微鏡写真である。
【図３】P1に光信号を入射し、各スイッチエレメントの状態を切り替えた時のP2,P3,P4のサンプル端面の赤外光観察像である。
【図４】従来型の2×2光スイッチを例示する図であり、(a)光合分波器に位相変調器を設け、接続ポートを切り替えるタイプ、(b)マッハツェンダー光干渉計に位相変調器を設け、干渉効果により接続ポートを切り替えるタイプ、(c)交差した光導波路に反射ミラーを設け、反射率を変化させることで接続ポートを切り替えるタイプをそれぞれ示している。
【図５】特許文献１及び特許文献２にそれぞれ記載の従来技術構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、例示に基づき本発明を説明する。図１は、本発明に基づき構成した4ポート光スイッチを例示する図である。図１に示すように、例示の4ポート光スイッチは、光スイッチエレメント2つのみで4つのポートを任意に光路切り替えすることができる。各スイッチエレメント自体は、図４（ａ）〜（ｃ）に例示したような従来型の2×2光スイッチを用いることができ、ポート1⇔4、ポート2⇔3という接続と、ポート1⇔3、ポート2⇔4という接続の二状態のみであり、ポート1⇔2、ポート3⇔4という接続は不可能とする。ここで、2つの2×2光スイッチのポートA1とポートB1、ポートA3とポートB2を結ぶ光路を形成すると、入出力ポートP1,P2,P3,P4の4ポート間において任意の接続が可能となる。具体的には、ポートP1⇔A2⇔A3⇔B2⇔B3⇔P2とポートP3⇔B4⇔B1⇔A1⇔A4⇔P4の接続状態1、ポートP1⇔A2⇔A3⇔B2⇔B4⇔P3とポートP2⇔B3⇔B1⇔A1⇔A4⇔P4の接続状態2、ポートP1⇔A2⇔A4⇔P4とP2⇔B3⇔B1⇔A1⇔A3⇔B2⇔B4⇔P3の接続状態3の三状態を有する。
【００１４】
図２は、シリコン光導波路を用いて本発明の光スイッチを試作したサンプルの光学顕微鏡写真である。濃い線の部分が光導波路である。スイッチエレメント内部には熱光学効果を利用する金属ヒーターと電極が設けられている。2×2光スイッチエレメントとして、熱光学効果を利用したマッハツェンダー干渉型光スイッチを採用した（図４(b)の従来型光スイッチ）。ポートP1〜P4が図１の各ポートに相当する。
【００１５】
図３はP1に光信号を入射し、各スイッチエレメントの状態を切り替えた時のP2,P3,P4のサンプル端面の赤外光観察像である。試作サンプルの左側にあるポートP1から信号光を入射したときの、サンプル右側の端面付近における赤外光観察像。左側の黒い線部分はポートP2,P3,P4の光導波路で、端面で白く見える部分が信号光の出射を示す。(a),(b),(c)は二つの光スイッチエレメントの状態を切り替えた場合の出射光の観察像であり、本発明の三状態のスイッチングが実現できていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
近年のネットワーク情報量の増大に伴い、IPルータにおける電気信号処理が、大容量化や低消費電力化へのボトルネックとなっている。光スイッチは、光通信において電気信号処理を光信号処理に置き換えるために必要不可欠なデバイスである。本発明は、光スイッチを用いた光信号処理用の通信機器に利用される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチエレメント２個のみで、4つのポートを任意に光路切り替えする4ポート光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
平面光回路を用いた光スイッチは、2入力・2出力となっている。図４は、従来型の2×2光スイッチの構成を示している。(a)は、光合分波器に位相変調器を設け、接続ポートを切り替えるタイプであり、(b)は、マッハツェンダー光干渉計に位相変調器を設け、干渉効果により接続ポートを切り替えるタイプであり、(c)は交差した光導波路に反射ミラーを設け、反射率を変化させることで接続ポートを切り替えるタイプである。各図において、黒の太線は光導波路を表している。これらすべての光スイッチでは、ポート1⇔4、ポート2⇔3という接続か、ポート1⇔3、ポート2⇔4という接続の二状態の切り替えのみであり、ポート1⇔2、ポート3⇔4という接続は不可能である。
【０００３】
これら三状態の切り替えを可能とする4ポート光スイッチがあれば、多段化したマトリックススイッチでの切り替え経路数が倍増し、将来のメッシュ状光ネットワーク構築の際の光スイッチとしても適している。この4ポート光スイッチ実現方法として、図５に示すように、4個ないし5個の光スイッチエレメントを組み合わせる構成が特許文献１「導波路型光スイッチ」、特許文献２「4ポート光スイッチ」に開示されている。
【０００４】
図５(a)に示す特許文献１に記載の導波路型光スイッチは、光スイッチエレメントを5つ組み合わせて、任意の4ポート間（A1,B3,D2,E4）で、下記状態１〜状態３の接続を可能にする。
状態1:ポートA1⇔A3⇔B1⇔B3と、ポートD2⇔D4⇔E2⇔E4の接続、
状態2:ポートA1⇔A4⇔C2⇔C4⇔D3⇔D2と、ポートB3⇔B2⇔C1⇔C3⇔E1⇔E4の接続、
状態3:ポートA1⇔A4⇔C2⇔C3⇔E1⇔E4と、ポートB3⇔B2⇔C1⇔C4⇔D3⇔D2の接続。
【０００５】
図５(ｂ)に示す特許文献２に記載の4ポート光スイッチは、光スイッチエレメントを4つ組み合わせて任意の4ポート間（A2,B2,B4,C4）で、下記状態１〜状態３の接続を可能にする。
状態1:ポートA2⇔A3⇔D2⇔D4⇔C1⇔C4と、ポートB2⇔B4の接続、
状態2:ポートA2⇔A4⇔B1⇔B4と、ポートB2⇔B3⇔C2⇔C4の接続、
状態3:ポートA2⇔A3⇔D2⇔D3⇔C3⇔C2⇔B3⇔B2と、ポートC4⇔C1⇔D4⇔D1⇔A1⇔A4⇔B1⇔B4の接続。
【０００６】
これまで提案されている4ポート光スイッチの構成は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、4個ないし5個の光スイッチエレメントが必要となり、各エレメント内での光損失や、意図しないポートへの信号漏話の増加などが問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平9-218430号公報
【特許文献２】特許第2766531号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、これまで提案されている4ポート光スイッチの問題点を解決して、光スイッチエレメント２個のみで、4つのポートを任意に光路切り替えする4ポート光スイッチを実現することを目的としている。これによって、各エレメント内での光損失や、意図しないポートへの信号漏話の低減を図ることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の4ポート光スイッチは、第１〜第４のポートＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を有する第１の2×2光スイッチと、第１〜第４のポートＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を有する第２の2×2光スイッチを組み合わせる。第１の2×2光スイッチの第１のポートＡ１と、第２の2×2光スイッチの第１のポートＢ１を接続し、かつ、第１の2×2光スイッチの第３のポートＡ３と、第２の2×2光スイッチの第２のポートＢ２を接続する。第１の2×2光スイッチの第２及び第４のポートＡ２及びＡ４をそれぞれ第１及び第４の入出力ポートＰ１及びＰ４とし、第２の2×2光スイッチの第３及び第４のポートＢ３及びＢ４をそれぞれ第２及び第３の入出力ポートＰ２及びＰ３として、これら４つの入出力ポートＰ１〜Ｐ４を選択して光路接続する。
【００１０】
第１及び第２の2×2光スイッチは、それぞれ、第１及び第４のポート間の接続1⇔4、及び第２及び第３のポート間の接続2⇔3と、第１及び第３のポート間の接続1⇔3、及び第２及び第４のポート間の接続2⇔4の二状態のみを可能とする。入出力ポートP1,P2,P3,P4間の前記光路接続は、ポートP1⇔A2⇔A3⇔B2⇔B3⇔P2とポートP3⇔B4⇔B1⇔A1⇔A4⇔P4の第１の接続状態、ポートP1⇔A2⇔A3⇔B2⇔B4⇔P3とポートP2⇔B3⇔B1⇔A1⇔A4⇔P4の第２の接続状態、ポートP1⇔A2⇔A4⇔P4とP2⇔B3⇔B1⇔A1⇔A3⇔B2⇔B4⇔P3の第３の接続状態の三状態を有する。
【発明の効果】
【００１１】
これまでの提案では4個ないし5個の光スイッチエレメントを必要としていたのに対して、本発明によれば、2つの光スイッチエレメントで構成できるので、エレメント数の大幅な削減となる。これにより、デバイス全体としての小型化、低消費電力化、低損失化、低漏話特性化といった利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に基づき構成した4ポート光スイッチを例示する図である。
【図２】シリコン光導波路を用いて本発明の光スイッチを試作したサンプルの光学顕微鏡写真である。
【図３】P1に光信号を入射し、各スイッチエレメントの状態を切り替えた時のP2,P3,P4のサンプル端面の赤外光観察像である。
【図４】従来型の2×2光スイッチを例示する図であり、(a)光合分波器に位相変調器を設け、接続ポートを切り替えるタイプ、(b)マッハツェンダー光干渉計に位相変調器を設け、干渉効果により接続ポートを切り替えるタイプ、(c)交差した光導波路に反射ミラーを設け、反射率を変化させることで接続ポートを切り替えるタイプをそれぞれ示している。
【図５】特許文献１及び特許文献２にそれぞれ記載の従来技術構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、例示に基づき本発明を説明する。図１は、本発明に基づき構成した4ポート光スイッチを例示する図である。図１に示すように、例示の4ポート光スイッチは、光スイッチエレメント2つのみで4つのポートを任意に光路切り替えすることができる。各スイッチエレメント自体は、図４（ａ）〜（ｃ）に例示したような従来型の2×2光スイッチを用いることができ、ポート1⇔4、ポート2⇔3という接続と、ポート1⇔3、ポート2⇔4という接続の二状態のみであり、ポート1⇔2、ポート3⇔4という接続は不可能とする。ここで、2つの2×2光スイッチのポートA1とポートB1、ポートA3とポートB2を結ぶ光路を形成すると、入出力ポートP1,P2,P3,P4の4ポート間において任意の接続が可能となる。具体的には、ポートP1⇔A2⇔A3⇔B2⇔B3⇔P2とポートP3⇔B4⇔B1⇔A1⇔A4⇔P4の接続状態1、ポートP1⇔A2⇔A3⇔B2⇔B4⇔P3とポートP2⇔B3⇔B1⇔A1⇔A4⇔P4の接続状態2、ポートP1⇔A2⇔A4⇔P4とP2⇔B3⇔B1⇔A1⇔A3⇔B2⇔B4⇔P3の接続状態3の三状態を有する。
【００１４】
図２は、シリコン光導波路を用いて本発明の光スイッチを試作したサンプルの光学顕微鏡写真である。濃い線の部分が光導波路である。スイッチエレメント内部には熱光学効果を利用する金属ヒーターと電極が設けられている。2×2光スイッチエレメントとして、熱光学効果を利用したマッハツェンダー干渉型光スイッチを採用した（図４(b)の従来型光スイッチ）。ポートP1〜P4が図１の各ポートに相当する。
【００１５】
図３はP1に光信号を入射し、各スイッチエレメントの状態を切り替えた時のP2,P3,P4のサンプル端面の赤外光観察像である。試作サンプルの左側にあるポートP1から信号光を入射したときの、サンプル右側の端面付近における赤外光観察像。左側の黒い線部分はポートP2,P3,P4の光導波路で、端面で白く見える部分が信号光の出射を示す。(a),(b),(c)は二つの光スイッチエレメントの状態を切り替えた場合の出射光の観察像であり、本発明の三状態のスイッチングが実現できていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
近年のネットワーク情報量の増大に伴い、IPルータにおける電気信号処理が、大容量化や低消費電力化へのボトルネックとなっている。光スイッチは、光通信において電気信号処理を光信号処理に置き換えるために必要不可欠なデバイスである。本発明は、光スイッチを用いた光信号処理用の通信機器に利用される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１〜第４のポートＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を有する第１の2×2光スイッチと、第１〜第４のポートＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を有する第２の2×2光スイッチを組み合わせ、
第１の2×2光スイッチの第１のポートＡ１と、第２の2×2光スイッチの第１のポートＢ１を接続し、かつ、第１の2×2光スイッチの第３のポートＡ３と、第２の2×2光スイッチの第２のポートＢ２を接続し、
第１の2×2光スイッチの第２及び第４のポートＡ２及びＡ４をそれぞれ第１及び第４の入出力ポートＰ１及びＰ４とし、第２の2×2光スイッチの第３及び第４のポートＢ３及びＢ４をそれぞれ第２及び第３の入出力ポートＰ２及びＰ３として、これら４つの入出力ポートＰ１〜Ｐ４を選択して光路接続する4ポート光スイッチ。
【請求項２】
第１及び第２の2×2光スイッチは、それぞれ、第１及び第４のポート間の接続1⇔4、及び第２及び第３のポート間の接続2⇔3と、第１及び第３のポート間の接続1⇔3、及び第２及び第４のポート間の接続2⇔4の二状態のみを可能とする請求項１に記載の4ポート光スイッチ。
【請求項３】
入出力ポートP1,P2,P3,P4間の前記光路接続は、ポートP1⇔A2⇔A3⇔B2⇔B3⇔P2とポートP3⇔B4⇔B1⇔A1⇔A4⇔P4の第１の接続状態、ポートP1⇔A2⇔A3⇔B2⇔B4⇔P3とポートP2⇔B3⇔B1⇔A1⇔A4⇔P4の第２の接続状態、ポートP1⇔A2⇔A4⇔P4とP2⇔B3⇔B1⇔A1⇔A3⇔B2⇔B4⇔P3の第３の接続状態の三状態を有する請求項２に記載の4ポート光スイッチ。
【請求項１】
第１〜第４のポートＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を有する第１の2×2光スイッチと、第１〜第４のポートＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を有する第２の2×2光スイッチを組み合わせ、
第１の2×2光スイッチの第１のポートＡ１と、第２の2×2光スイッチの第１のポートＢ１を接続し、かつ、第１の2×2光スイッチの第３のポートＡ３と、第２の2×2光スイッチの第２のポートＢ２を接続し、
第１の2×2光スイッチの第２及び第４のポートＡ２及びＡ４をそれぞれ第１及び第４の入出力ポートＰ１及びＰ４とし、第２の2×2光スイッチの第３及び第４のポートＢ３及びＢ４をそれぞれ第２及び第３の入出力ポートＰ２及びＰ３として、これら４つの入出力ポートＰ１〜Ｐ４を選択して光路接続する4ポート光スイッチ。
【請求項２】
第１及び第２の2×2光スイッチは、それぞれ、第１及び第４のポート間の接続1⇔4、及び第２及び第３のポート間の接続2⇔3と、第１及び第３のポート間の接続1⇔3、及び第２及び第４のポート間の接続2⇔4の二状態のみを可能とする請求項１に記載の4ポート光スイッチ。
【請求項３】
入出力ポートP1,P2,P3,P4間の前記光路接続は、ポートP1⇔A2⇔A3⇔B2⇔B3⇔P2とポートP3⇔B4⇔B1⇔A1⇔A4⇔P4の第１の接続状態、ポートP1⇔A2⇔A3⇔B2⇔B4⇔P3とポートP2⇔B3⇔B1⇔A1⇔A4⇔P4の第２の接続状態、ポートP1⇔A2⇔A4⇔P4とP2⇔B3⇔B1⇔A1⇔A3⇔B2⇔B4⇔P3の第３の接続状態の三状態を有する請求項２に記載の4ポート光スイッチ。
【図１】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２０３５７２（Ｐ２０１１−２０３５７２Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７１８６２（Ｐ２０１０−７１８６２）
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２６日（２０１０．３．２６）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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